張騰蛟，沈 慧

[南瑞集團公司（國網電力科學研究院），江蘇省南京市 211100]

0 引言

抽蓄電站與常規(guī)水電站相比存在明顯的區(qū)別：抽水蓄能電站為了完成其抽水—發(fā)電的循環(huán)，必須有上、下兩個水庫，并且具有水庫水位變幅大、升降頻繁，水庫防滲要求高，進/出水口為雙向水流等特點[1]，所以水庫大壩的建設施工有很高的要求。鑒于以上特點，在施工期對水庫大壩進行監(jiān)測評價，保證工程安全顯得很有必要。在眾多的評價手段中，原型監(jiān)測評價是最為直觀、可信的方法之一[2]，采用原型監(jiān)測對大壩進行安全評價受到了廣泛的重視。大壩原型監(jiān)測能夠對大壩安全評判提供重要的評判依據[3]。

本文基于原型監(jiān)測，通過沉降、水平位移兩方面分析某抽水蓄能電站施工期上庫主壩內部變形情況，并且與普通面板壩類比，總結出不同變形規(guī)律。

1 項目概況

某抽水蓄能電站樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫等4部分組成。上水庫主要建筑物由1座主壩、2座副壩、庫岸及庫底防滲系統(tǒng)組成。上水庫正常蓄水位291.00m，死水位254.00m，調節(jié)庫容1195.9萬m3，庫口面積0.39km2。主壩為鋼筋混凝土面板堆石壩；2座副壩位于水庫南北兩側埡口處，均為鋼筋混凝土面板堆石壩；上水庫的防滲體系由擋水大壩和庫岸的鋼筋混凝土面板、庫底開挖和石渣回填后上覆的土工膜防滲體系組成。環(huán)庫軸線總長（含壩頂部分）2417.05m。工程為一等大（1）型工程，上水庫擋水建筑物、輸水建筑物、地下廠房和開關站等主要建筑物按1級建筑物設計，次要建筑物按3級建筑物設計。

本工程上水庫主壩與一般面板壩相比在地形上存在明顯差異：主壩與副壩連接形成整體，并且與山體銜接形成整體建設成為上水庫。上游面擋水蓄水，下游面臨空，壩基地形傾向下游。

圖1 主壩典型斷面測點布置示意圖Fig．1 Typical dam section arrangement of the measuring points

2 上庫主壩典型斷面監(jiān)測儀器布置及內部變形成果分析

上水庫主壩壩體采用鋼絲水平位移計（編號EX）監(jiān)測壩體內部水平位移，采用水管式沉降儀（編號VS）監(jiān)測壩體內部沉降，監(jiān)測儀器布置在179、207、236、265m高程部位，典型監(jiān)測斷面具體沉降監(jiān)測斷面布置示意圖如圖1所示。水平位移測點與沉降測點同位置、同步布設。

壩體內部沉降成果為水管式沉降儀測值與壩后觀測房沉降量疊加后的絕對沉降量。經過分析，典型監(jiān)測斷面各高程沉降均已趨穩(wěn)，其中236m高程測點于2014年9月達到設計控制指標值（沉降速率小于5mm/月），265m高程測點于2014年10月達到設計控制指標值（沉降速率小于5mm/月），中間相隔1個月左右。過程線如圖2、圖3所示。

圖2 265m高程沉降過程線圖Fig．2 Time-history of 265m elevation settlement

圖3 236m高程沉降過程線圖Fig．3 Time-history of 236m elevation settlement

典型斷面壩軸線最大沉降量為69.6cm，但最大沉降量位于壩軸線下游側典型斷面179m高程處，最大沉降量為87.9cm，約為最大壩高的0.5%，如圖4所示?？紤]到壩基地形傾向下游，且最下部存在一溝底排水層，可能是造成179m高程以下壩體壓縮量較大的原因。另一方面，傾向下游的地形也使得典型斷面的最大沉降量均偏離壩軸線而發(fā)生于下游側。

對于水平位移，鋼絲水平位移計測值為測點相對于觀測房的變化量。壩體2015年6月最大水平位移量為35.8cm，位于179m高程處，如表1所示。水平位移主要形成于主壩填筑期間，截至2015年6月水平位移變化趨勢減緩。從分布來看，在237m以上高程的壩體相對于壩后觀測房總體向上游位移，量值不超過5.3cm。在208m以下高程，壩軸線的上游側壩體均向上游側位移，而壩軸線下游側的壩體由于受到壩后壓腳的作用，向下游位移的量值相對較小，典型斷面向下游側最大位移為10cm。

圖4 典型斷面沉降分布圖（測值單位：cm）Fig．4 Settlement distribution diagram of typical section

表1 壩體內部相對水平位移測值統(tǒng)計（截至2015年6月）Tab.1 Relative horizontal displacement in the dam body （as of June 2015） 單位：cm

因壩后觀測房建成且具備觀測條件的時間較晚，未獲得壩后表面變形的絕對值，上述分析結論基于相對位移測值。為進一步了解主壩的絕對水平位移規(guī)律，采用壩后觀測房當前坐標相對于施工放樣坐標的變化量，估算出壩后表面向下游的絕對位移最大值約為45cm左右，位于179m高程處，如圖5所示。再與對應的相對位移疊加后可知，主壩整體均向下游位移，向下游位移的最大值為55cm，出現在典型斷面179m高程處，基本符合正常變形規(guī)律。

3 與一般面板壩施工期變形規(guī)律對比

本工程上水庫主壩與一般面板堆石壩相比，建設的壩基地形結構存在一定的差異。一般面板堆石壩建設在較為平坦的河谷處，壩基地形一般不會向一邊傾斜，而本工程壩基地形傾向下游，導致了在施工期壩體變形規(guī)律與一般面板堆石壩變形規(guī)律略有不同。

在施工期一般面板堆石壩內部沉降在壩體填筑初期變形速率相對較大，壩體填筑完畢，沉降相對平緩后趨于穩(wěn)定，壩軸線處沉降變形相對較大；水平位移基本相對以壩軸線為界限，上游向上游位移，下游向下游位移，位移量基本對稱于壩軸線。[5-6]

例如，新疆某工程混凝土面板堆石壩沉降量最大的點為壩0+334m斷面、2428m高程V7-5處（壩軸線處），最大沉降為359mm，約占壩高0.31%。水平位移上游側測點向上游變形，下游測測點向下游變形，變形量與壩軸線基本對稱，向上游最大水平位移為19.72mm，測點距離壩軸線84m，向下游最大水平位移為41.55mm，測點距離壩軸線32m[7]。云南蘭坪縣水庫面板壩前期沉降較快，隨著壩體的增高和時間推移，沉降速率逐漸降低，壩軸線沉降最大，依次向壩軸線兩側減小，基本對稱于壩軸線。對于水平位移，壩體上游側石體向上游方向移動，下游側石體向下游側移動，越靠近壩體邊緣處位移量越大，向上游側最大位移為162.2mm，向下游側位移最大為73.7mm[8]；北疆某面板砂礫石壩沉降主要發(fā)生在填壩施工期，當填土在高程956m后，沉降量趨于平緩，位于壩軸線上的測點V2-2沉降量最大，沉降109mm，約占壩高的0.16%。水平變形相對以壩軸線，上游測點向上游位移，最大位移量為67.28mm，下游測點向下游位移，最大位移量為15.20mm[9]；白水坑水庫混凝土面板堆石壩最大壩高處沉降量最大，向兩岸逐漸減小，最大沉降量（B4測點）為280.67mm，約占壩高的0.28%。水平位移基本沿壩軸線向兩邊變形[10]。

圖5 179m高程水平位移過程線圖Fig．5 Time-history of 179m elevation horizontal displacement

本工程上水庫主壩與一般面板壩相比，在施工期變形規(guī)律略有差異。由于壩基地形傾向下游等特點，主壩施工期最大沉降位置不在壩軸線附近，而是靠近下游側179m高程處，最大沉降量為87.9cm，約為最大壩高的0.5%。水位位移主壩整體均向下游變形，向下游位移的最大值為55cm，出現在典型斷面179m高程處。

4 結束語

（1）主壩自2014年10月以后沉降速率均已達到設計控制指標，壩體穩(wěn)定。典型斷面最大沉降量發(fā)生在典型斷面179m高程，并且最大沉降處于下游側。截至2015年6月，壩體內部最大累積沉降量為87.9cm，約為最大壩高的0.5%。對于水平位移，主壩整體均向下游位移，向下游位移的最大值為55cm，也出現在典型斷面179m高程處。

（2）與一般面板堆石壩相比，由于受壩基地形傾向下游的影響，沉降和水平位移變形規(guī)律略有差異：本工程主壩施工期最大沉降位置靠近下游，水平位移整體向下游位移。

[1] 邱彬如，劉連希．抽水蓄能電站工程技術[M]。北京：中國電力出版社，2008．QIU Binru，LIU Lianxi．The engineering technology of pumped storage power station[M]．Beijing: China Electric Power Press，2008．

[2] 吳中如．水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應用[M]．北京:高等教育出版社，2003．WU Zhongru．Safety monitoring theory & its application of hydraulic structures[M]．Beijing: Higher Education Press，2003．

[3] 李珍照．大壩安全監(jiān)測[M]．北京:中國電力出版社，1997．LI Zhenzhao．Dam safety monitoring[M]．Beijng: China Electric Power Press，1997．

[4] DL 5180-2013，水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準[S]．北京：電力出版社，2003．DL 5180-2013，Classification & design safety standard of hydropower projects[S]．Beijing: China ELectric Power Press，2003．

[5] 李金鳳，楊啟貴．水布埡面板堆石壩施工期沉降變形分析[J]．人民長江，2006，37（8）: 94-95．LI Jinfeng，YANG Qigui．Analysis of settlement deformation of concrete faced rockfill dam of shuibuya hydro-project[J]．Yangtze River，2006，37（8）: 94-95．

[6] 王亮．基于土體各向異性的土石壩應力應變分析[D]．西安理工大學，2014．WANG Liang．The stress and strain analysis based on the anisotropy of soil of earth and rockfill dam[D]．Xi’an University of Technology，2014．

[7] 魯娜．新疆某工程混凝土面板堆石壩施工期內部變形安全監(jiān)測成果分析[J]．水利科技與經濟，2016 （11）: 76-82．LU Na．Analysis of internal deformation safety monitoring results during construction of concrete face rockfill dam in a certain project in xinjiang[J]．Water Conservancy Science and Technology and Economy，2016 （11）: 76-82．

[8] 邢萬鵬，張林洪，靳娟娟，等．某水庫混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測資料分析[J]．科學技術與工程，2010 （30）: 7580-7585．XING Wanpeng，ZHANG Linhong，JIN Juanjuan．Analysis on safety monitoring data of concrete face rockfill dam of areservoir[J]．Science Technology and Engineering，2010 （30）:7580-7585．

[9] 沈志剛，裴偉．北疆某面板壩施工期壩體內部變形資料簡析[J]．新疆水利，2013 （2）: 26-28．SHEN Zhigang，PEI Wei．A brief analysis of the deformation data of the dam body during the construction period of a certain face dam in Northern Xinjiang[J]．Xinjiang Water Resouces，2013 （2）: 26-28．

[10] 姜建芳，周蘇波．白水坑水庫混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測[J]．水電能源科學，2008，26（2）: 79-81．JIANG Jianfang，ZHOU Subo．Safety monitoring for concrete face rockfill dam of baishuikeng reservoir[J]．Water Resources and Power，2008，26（2）: 79-81．